Posadas - Paraná

TRABAJO PRÁCTICO DE NAVEGACIÓN

Satelital en la web: lo básico

 

Grupo: Posadas - Paraná

Integrantes:

Mazur, Lucas Sebastián

Schmidt, Norberto Sebastián

Valdés Rossi, Manuel Eduardo

 

La intención de esta publicación es poder realizar un breve resumen del sistema de posicionamiento global, o GPS, sus componentes, sus errores, y el funcionamiento de Google Maps. Con el grupo, esperamos que sea de utilidad para ustedes. Ante cualquier inquietud, no duden en comentar.

1) Navegación Satelital – Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

Para explicar este punto, adjuntamos un breve video en donde se explica en forma muy concisa los aspectos básicos del GPS:

  2) Google Maps: modo, herramientas, fotos, cálculos

Google Maps es el nombre de un servicio de Google que ofrece aplicaciones de mapas en la Web como ser imágenes de mapas desplazables, así como fotos satelitales del mundo e incluso la ruta entre diferentes ubicaciones o imágenes a pie de calle Google Street View. Es idéntico a Google Earth, una aplicación Windows/Mac/Linux que ofrece vistas del globo terráqueo, sea de día o de noche, pero que no es fácil de integrar a páginas Web. Ofrece, asimismo, la posibilidad de que cualquier propietario de una página Web integre muchas de sus características a su sitio.

Pues bien, para comprender mejor como funciona este potente servicio, vamos a intentar explicar cómo Google almacena y sirve los mapas, los parámetros que podemos utilizar para descargar mapas específicos, y como podemos definir nuestra propia URL para enlazar con los mapas que más nos interesen.

Para representar el globo terráqueo en un mapa bidimensional se utilizan proyecciones, siendo una de las más utilizadas la Proyección de Mercator que se basa en el modelo ideal que trata a la tierra como un globo hinchable que se introduce en un cilindro y que empieza a inflarse ocupando el volumen del cilindro e imprimiendo el mapa en su interior. Este cilindro cortado longitudinalmente y ya desplegado sería el mapa.

Aunque Google Maps proporciona distintas vistas y proyecciones de mapas, vamos a utilizar para la explicación de nuestro ejemplo la vista normal de mapas con la proyección de Mercator. Para esta proyección, Google proporciona 18 niveles de zoom distintos. Para el nivel más bajo (zoom 0), el mapa se compone de 1x1 imágenes y para el nivel más alto (zoom 17), el mapa completo del mundo se compone de 131.072x131.072 imágenes, y como cada imagen ocupa unos 10 Kb, el espacio total necesario que Google necesita para almacenar todas las imágenes del mapa con todos los niveles de zoom, es de aproximadamente 217.812 TB (Terabytes).

¿Qué hace Google para mostrar tan rápidamente los mapas, si la cantidad de imágenes necesarias es, como hemos visto, gigantesca? Pues como ya hemos comentado, divide el mapa completo en pequeñas imágenes cuadradas (tiles) con formato PNG y con un tamaño fijo de 256x256 pixeles, y nos sirve únicamente aquellas que necesitamos para poder ver la región del mundo donde nos encontramos y el nivel de zoom que estamos empleando.

Una URL básica de Google Maps tiene el siguiente aspecto:

http://mt0.google.com/mt?x=0&y=0&zoom=17

Dónde:

mt0: Servidor desde donde se descargan las imágenes. Google utiliza cuatro servidores mt0 - mt3 para balancear la carga de la petición de imágenes.

x=0: Coordenada X de la imagen.

y=0: Coordenada Y de la imagen.

Zoom=17: Factor de zoom que queremos emplear.

El problema que aparece ahora es que para localizar cualquier punto en la esfera terrestre, se utiliza un sistema conocido como Sistema de Coordenadas Geográficas.

El sistema de coordenadas geográficas expresa todas las posiciones sobre la tierra usando dos de las tres coordenadas de un sistema de Coordenadas Esféricas que está alineado con el eje de rotación de la tierra. Este define dos ángulos medidos desde el centro de la Tierra:

La latitud mide el ángulo entre cualquier punto y el ecuador. Las líneas de latitud se llaman paralelos y son círculos paralelos al ecuador en la superficie de la tierra.

La longitud mide el ángulo a lo largo del ecuador desde cualquier punto de la tierra. Se acepta que Greenwich en Londres es la longitud cero. Las líneas de longitud son círculos máximos que pasan por los polos y se llaman meridianos.

Combinando estos dos ángulos, se puede expresar la posición de cualquier punto de la superficie de la Tierra.

 

Las coordenadas de Google Maps están en el sistema WGS84 y se nos mostrará la latitud y la longitud, positiva para Norte y Este, negativa para Sur y Oeste.

El WGS84 es un sistema de coordenadas geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de la Tierra (sin necesitar otro de referencia) por medio de tres unidades dadas. WGS84 son las siglas en inglés de World Geodetic System 84 (que significa Sistema Geodésico Mundial 1984).

Consiste en un estándar en geodesia, cartografía, y navegación, un patrón matemático de tres dimensiones que representa la tierra por medio de un elipsoide, un cuerpo geométrico más regular que la Tierra, que se denomina WGS 84 (nótese el espacio). El estudio de este y otros modelos que buscan representar la Tierra se llama Geodesia. Se estima un error de cálculo menor a 2 cm. Y es en la que se basa el GPS.

Hay varias formas de las coordenadas geográficas, una vez que hemos localizado el lugar que nos interesa desde Google Maps:

·      Se hace clic en el icono "enlazar" y los valores que hay a continuación de ?q= son las coordenadas.

·      Hacer clic con el botón derecho del ratón en el punto deseado en el mapa para que aparezca un menú con opciones. En el menú, se ha de seleccionar "¿Qué hay aquí?" y hacer clic en la flecha de color verde para obtener las coordenadas.

·      Usando páginas como http://www.agenciacreativa.net/coordenadas_google_maps.php

·      Poner el siguiente código en la barra de direcciones del navegador web javascript:void(prompt(,gApplication.getMap().getCenter()))

Estos datos pueden ser usados para ingresarlos en Nasa World Wind o TerraServer-USA, los cuales, en algunos casos, tienen imágenes de mayor resolución.

En junio de 2005, las imágenes de alta resolución (o a la máxima ampliación), ya estaban disponible para la mayoría de Canadá y Estados Unidos (incluyendo los estados de Hawaii y Alaska. Además se tienen de otros países en forma parcial como Francia, Irlanda, Italia, Irak, Japón, Bahamas, Kuwait, México, Holanda, etc.

Sin embargo, algunas áreas fueron oscurecidas por motivos de seguridad nacional, como el Capitolio, la Casa Blanca y el área 51.

Para el resto del planeta las imágenes se encuentran disponible en baja resolución, excepto para los polos.

No todas las fotos mostradas son de satélites, algunas son de ciudades tomadas por aviones que vuelan a bastante altura (sobre los 10.000 metros).

El 22 de julio de 2005, Google lanzó una vista dual de su Google Maps. Esta vista combina el mapa y la vista satelital con mapas ilustrados y los nombres de calles en las imágenes del mundo real. Esto hace más fácil encontrar rutas entre dos puntos.

Como apoyo al sitio web, Google lanzó Google Earth para permitir un uso más personalizado de los mapas, haciendo posible colocar nombres a las calles sobre los mapas, sin perder la información.

Como Google Maps está desarrollado casi por entero con JavaScript y XML, algunos usuarios han hecho la ingeniería inversa, y han desarrollado códigos para aumentar las capacidades de la interfaz de Google Maps.

Usando el núcleo de las imágenes almacenadas por Google, muchas herramientas pueden personalizar los iconos de localización, conocer la posición exacta en la tierra, e incluso, personalizar las imágenes dentro de la interfaz de Google Maps. Algunos de los "Hacks" de Google Maps son como la herramienta para ubicar las propiedades en renta de la empresa Craigslist, las llamadas de Seattle al 911 o los datos de crímenes en Chicago.

 

3) Componentes del Sistema GPS

El Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen:

· Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)

oAltitud: 20200 km

oPeríodo: 11 h 58 min (12 horas sidéreas)

oInclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).

oVida útil: 7,5 años

· Segmento de control (estaciones terrestres)

oEstación principal: 1

oAntena de tierra: 4

oEstación monitora (de seguimiento): 5, Colorado Springs, Hawai, Kwajalein, Isla de Ascensión e Isla de Diego García

· Señal RF

oFrecuencia portadora:

§ Civil – 1575,42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A).

§ Militar – 1227,60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado.

§ Nivel de potencia de la señal: –160 dBW (en superficie tierra).

§ Polarización: circular dextrógira.

· Exactitud

oPosición: oficialmente indican aproximadamente 15 m (en el 95% del tiempo). En la realidad un GPS portátil monofrecuencia de 12 canales paralelos ofrece una precisión de 2,5 a 3 metros en más del 95% del tiempo. Con el WAAS / EGNOS / MSAS activado, la precisión asciende de 1 a 2 metros.

oHora: 1 ns

· Cobertura: mundial

· Capacidad de usuarios: ilimitada

· Sistema de coordenadas:

oSistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84).

oCentrado en la Tierra, fijo.

· Integridad: tiempo de notificación de 15 minutos o mayor. No es suficiente para la aviación civil.

· Disponibilidad: 24 satélites y 21 satélites. No es suficiente como medio primario de navegación.

La información que es útil al receptor GPS para determinar su posición se llama efemérides. En este caso cada satélite emite sus propias efemérides, en la que se incluye la salud del satélite (si debe o no ser considerado para la toma de la posición), su posición en el espacio, su hora atómica, información doppler, etc.

Mediante la trilateración se determina la posición del receptor:

Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.

Obteniendo información de dos satélites queda determinada una circunferencia que resulta cuando se intersecan las dos esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor.

Teniendo información de un cuarto satélite, se elimina el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3D exacta (latitud, longitud y altitud).

 

4) Errores del sistema GPS

Aquí presentamos, en forma de un cuadro de doble entrada, los posibles errores existentes por parte del sistema de posicionamiento global:

Tipo de error	Descripción
Retrasos ionosfera y troposfera	La señal del satélite GPS se enlentece mientras atraviesa la atmósfera. El sistema GPS usa un calculador interno para medir un error medio de retraso, para parcialmente corregir este tipo de error.
Señales múltiples	Esto ocurre cuando la señal GPS es reflejada por objetos tales como edificios o superficies rocosas antes de llegar al receptor GPS, lo que incrementa el tiempo de viaje de la señal causando un error.
Error del reloj del receptor GPS	Los relojes internos del receptor GPS no es tan preciso como el reloj atómico que portan los satélites GPS abordo, por lo que se puede producir un pequeño error.
Errores orbitales del satélite GPS	También conocido como errores de efemérides, es la imprecisión de la localización que el satélite GPS transmite.
Nº visible de satélites GPS visibles	Cuantos más satélites pueda ver el receptor GPS, más preciso será. Los edificios, montañas, interferencias electrónicas e incluso algunas veces la vegetación densa, pueden bloquear la recepción de la señal GPS, causando errores de posición o la perdida de la información de nuestra posición. Normalmente los receptores GPS no funcionan dentro de edificios, ni debajo del agua, ni bajo tierra.
Geometría y sombra del satélite GPS	Esto se refiere a la posición relativa de los satélites a una cierta hora. Existe una geometría ideal cuando los satélites GPS están colocados en ángulos grandes entre ellos. La geometría pobre es el resultado de satélites GPS colocados en línea o muy agrupados
Degradación intencionada de la señal GPS del satélite	Existe la posibilidad de degradar selectivamente la señal GPS de forma intencionada. Esta degradación la adopta el departamento de defensa de los Estados Unidos y tiene la intención de prevenir la utilización por parte de adversarios enemigos. Esta degradación que estuvo en vigor inicialmente, fue apagada en mayo del año 2000, lo que se tradujo en una mejora sustancial de la precisión en los receptores GPS.

5) Itinerario Posadas - Paraná

A continuación se pueden observar las pantallas del mapa y el itinerario de viaje desde Posadas hasta Paraná, por medio de la página de YPF (http://www.ypf.com)